(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電ペーストを所定のパターンに塗布して焼成することにより、一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体がセラミックス基板に配置されてなる支持体と、
その支持体の、前記第一、第二導電体が配置された面側に配置され、前記第一導電体に電気的に接続された半導体素子と、
前記半導体素子を覆うように前記支持体に配置され、導電性の鍔部を有する封止部材と、を備えた半導体装置であって、
前記一対の第一導電体は、前記封止部材を配置する領域の中心を通る第１の仮想直線に対して線対称でかつ、互いに絶縁分離されて前記セラミックス基板に配置されており、
前記一対の第二導電体は、前記第１の仮想直線に直交しかつ前記中心を通る第２の仮想直線に線対称でかつ、前記一対の第一導電体の配置形状の少なくとも一部を挟むように、前記一対の第一導電体が絶縁分離されてなる絶縁部の側方に、前記セラミックス基板の長手方向に延伸する短冊形状をなして配置されており、
前記封止部材の鍔部は、前記第一導電体および前記第二導電体が配置された少なくとも一部を含む領域上に、絶縁性部材を介して接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記支持体は、前記第一、第二導電体が配置された面側にて、その略中央に第三導電体が配置されており、前記第一導電体の配置形状は、前記第三導電体の配置形状の一部を包囲する延伸部を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第一導電体および前記第二導電体は、前記絶縁性部材により連続して被覆されている請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止部材の鍔部は、前記支持体に対して弾性を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子や受光素子のような半導体素子を搭載する支持体およびそれを利用した半導体装置、特に、高出力および高輝度の半導体発光素子が搭載され、耐熱性、放熱性および信頼性に優れる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような半導体発光素子が開発されてきている。このような半導体発光素子は、その半導体発光素子に電力を供給するための電極を備えた支持体であるパッケージに搭載されて発光装置とされる。
【０００３】
発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子を気密封止するパッケージとして、いわゆるキャンパッケージが挙げられる。従来例として図１４に示されるキャンパッケージ５は、絶縁材料を介して電極２が挿通および固定された貫通孔を有するステム３と、金属リングにガラスからなる透光部７が嵌め込まれたキャップ６と、からなる。半導体発光素子１は、ステム３に配されており、半導体発光素子１の電極と、ステム３に配された電極２は、導電性ワイヤ４を介して接続されている。このキャンパッケージ５は、ステム３とキャップ６とを抵抗溶接することにより、ステム３に配された半導体発光素子１を気密封止している。すなわち、キャップ６の金属リングに一方の電極を接触させ、ステム３に他方の電極を接触させて電圧を印加する。これにより発生したジュール熱により、キャップ６の金属リングは、ステム３に溶着して固定され、半導体発光素子は、気密封止される。このようなキャンパッケージ５は、外部からパッケージ内への湿気などの浸入が防止され、気密性に優れたパッケージである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２００２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子が気密封止された半導体装置を形成するとき、上述の金属製のステムよりも絶縁性基板に導体配線が施された支持体に、キャップを溶接することが好ましい。これは、支持体の集合体である基板にキャップを溶接して半導体装置とした後、基板を支持体ごとに個片化することにより、半導体装置として効率よく量産することができるからである。
【０００６】
しかしながら、例えば、特開２００４−２００２５３号公報に開示されるように、絶縁性基板に金属材料を接合させることにより形成された支持体は、絶縁性基板と金属材料との熱膨張率の違いにより、支持体の全体に反りが発生する。
【０００７】
反りを有する支持体への封止部材の溶接は、金属製のステムにキャップを溶接するキャンパッケージと比較して、半導体装置の気密性を低下させやすい。例えば、キャップの鍔部と、支持体の間に隙間が生じることにより、半導体装置の気密性が低下する。また、キャップを溶接した絶縁性基板に反りがあれば、キャップに嵌め込まれたガラスの特定の部位に応力が強くかかり、そこからガラスに亀裂が生じることがある。また、基板にキャップを溶接する際、キャップの鍔部に当接された電極端子の圧力により、鍔部からガラスの方へ応力がかかりガラスに亀裂が生じることがある。このようにガラスに亀裂が生じることにより、半導体装置の気密性が低下してしまう。
【０００８】
ところで、上記特許文献に記載の発光装置は、絶縁性基板に接合される金属材料の配置領域を複数の領域に分割することにより、反りを低減させている。このように反りを低減させたとしても、上述したような気密封止された半導体装置としたとき、十分な気密性を確保するには不十分である。
【０００９】
そこで、本発明は、基板と封止部材とで半導体素子が気密封止された半導体装置において、その気密性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体とが絶縁性基板に配置された支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、上記支持体は、上記一対の第一導電体の間に上記絶縁性基板が露出された絶縁部を有しており、且つ、上記一対の第二導電体の少なくとも一方は、上記絶縁部の側方に配置されており、上記封止部材は、上記第一導電体または上記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とする。
【００１１】
または、本発明に係る半導体装置は、一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体とが絶縁性基板に配置された支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、上記一対の第一導電体の領域形状は、平面視にて、互いに対称な形状を有し、且つ上記一対の第二導電体の領域形状は、上記平面視にて、上記第一導電体の領域形状の対称軸に対して互いに対称な形状を有しており、上記封止部材は、上記第一導電体の領域または上記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とする。
【００１２】
上記第二導電体の領域形状は、上記絶縁性基板の長手方向に延伸された短冊状であることが好ましい。
【００１３】
上記絶縁性基板は、その中央部に配置された第三導電体を備えており、上記第一導電体の領域形状は、上記中央部の側に延伸されて上記第三導電体の領域形状の一部を包囲する延伸部を有することが好ましい。
【００１４】
上記第一導電体および上記第二導電体は、絶縁性部材により連続して被覆されていることが好ましい。
【００１５】
上記封止部材が導電性の鍔部を備えており、その封止部材の鍔部は、上記支持体に対して弾性を有することが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の半導体装置の形成方法は、絶縁性基板と、その絶縁性基板に配置された導電体と、を備えた支持体と、導電性の鍔部を有する封止部材と、を具備した半導体装置の形成方法であって、平面視にて互いに対称な領域形状を有する一対の第一導電体を、上記絶縁性基板に配置する第一の工程と、上記平面視にて上記第一導電体の領域に対して互いに対称な領域形状を有する一対の第二導電体を、上記絶縁性基板に配置する第二の工程と、上記第一導電体または上記第二導電体の少なくとも一部を含む領域上に、封止部材の鍔部を溶接する第三の工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
上記封止部材の鍔部は、上記絶縁性基板に対して弾性を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、基板と封止部材とで半導体素子が気密封止された半導体装置において、基板の反りが低減されることにより、気密性に優れた半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置を例示するものであって、本発明は半導体装置を以下に限定するものではない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２０】
半導体素子と、正負一対の電極と、その電極を配置する絶縁性基板を有する支持体と、上記半導体素子を覆うカバーである封止部材と、を備えた半導体装置において、支持体の反りを低減させ、支持体に実装された封止部材の損傷をなくすため、本発明者らは種々の検討を行った。その結果、本発明の第一の形態として、支持体は、一対の第一導電体と、その第一導電体とは別の一対の第二導電体とが絶縁性基板に配置された支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆う封止部材と、を備えており、上記支持体は、上記一対の第一導電体の間に上記絶縁性基板が露出された絶縁部を有しており、且つ、上記一対の第二導電体の少なくとも一方は、上記絶縁部の側方に配置されており、上記封止部材は、上記第一導電体または上記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とすることにより課題を解決するに至った。
【００２１】
または、本発明の第二の形態として、支持体は、絶縁性基板と、その絶縁性基板に配置された一対の第一導電体と、その第一導電体とは別に絶縁性基板に配置された一対の第二導電体と、を封止部材が配置される領域に備えており、上記一対の第一導電体の領域は、平面視にて、互いに対称な形状を有しており、上記一対の第二導電体の領域は、上記平面視にて、互いに対称であり、かつ上記第一導電体の領域に対して互いに対称な形状を有する。さらに、上記封止部材は、上記第一導電体の領域または上記第二導電体の領域の少なくとも一部を含む領域の上に配置されることを特徴とすることにより課題を解決するに至った。なお、本発明は、上記第一の形態または第二の形態のうち一方あるいは両方の形態の構成を有することを特徴とし、本発明による効果は、上記第一の形態または第二の形態のうち一方あるいは両方の形態の構成を有することにより奏されるものである。
【００２２】
＜半導体装置＞
以下、図面を参照しながら本形態にかかる半導体装置について説明する。図１は、本形態における半導体装置の模式的な斜視図を示す。図２は、本形態における半導体装置の模式的な上面図を示す。図３は、本形態における半導体装置について、図２に示すＩＩ−ＩＩ方向の模式的な断面図を示す。
【００２３】
図１から図３に示されるように、本形態の半導体装置は、半導体素子と、正負一対の電極とするための導電体が配置された絶縁性基板を有する支持体１００と、その支持体１００に配置された半導体素子を覆うカバーである封止部材１１２と、を備えた半導体装置である。
【００２４】
図４に示されるように、本形態の支持体１００は、半導体素子に接続させる配線として利用する一対の第一導電体１０１ａ、１０１ｂが配置領域の中央部に対して互いに対称となるように絶縁性基板の主面に配置されている。さらに、第一導電体１０１ａ、１０１ｂの配置パターンを平面視して、その配置パターンに対して互いに対称なパターンとなるように、第一導電体１０１ａ、１０１ｂとは別に、互いに対称な配置パターンを有する一対の第二導電体１０２ａ、１０２ｂが絶縁性基板に配置されている。なお、本形態における第一から第三導電体の領域の外縁は、直線としてあるが、これに限定されることなく、第一から第三導電体の領域の外縁を曲線、直線あるいはそれらを組合せた形状としてもよい。
【００２５】
本形態の支持体上において、各導電体の領域形状が互いに対称とは、封止部材を配置する領域の中央部を通過する直線について線対称、あるいは上記中央部を対称の中心として点対称であることをいう。
【００２６】
例えば、図４において、支持体上で封止部材を配置する領域は、点線で示される円内の上に設けられる。点線円の中心を通る破線Ｘ−Ｘと、それに垂直な破線Ｙ−Ｙを仮定する。そうすると、一対の第一導電体が配置された領域１０１ａ、１０１ｂについて、第一導電体の領域１０１ａの形状は、破線Ｘ−Ｘを対称軸として第一導電体の領域１０１ｂの形状と線対称である。また、第一導電体１０１ａおよび第一導電体１０１ｂの領域面積をそれぞれ二分する共通の対称軸である破線Ｙ−Ｙを対称軸として、第二導電体１０２ａの領域形状は、第二導電体１０２ｂの領域形状と線対称である。ここで、一対の第一導電体１０１ａおよび第一導電体１０１ｂのそれぞれは、破線Ｙ−Ｙを対称軸としても線対称である。また、一対の第二導電体１０２ａ、１０２ｂのそれぞれは、破線Ｘ−Ｘを対称軸としても線対称である。
【００２７】
あるいは、一対の第一導電体１０１ａ、１０１ｂおよび第二導電体１０２ａ、１０２ｂの領域形状それぞれについて、第一導電体１０１ａおよび第二導電体１０２ａの領域形状は、封止部材の配置領域の中心（破線Ｘ−Ｘと破線Ｙ−Ｙの交点）を対称の中心として、第一導電体１０１ｂおよび第二導電体１０２ｂの領域形状とそれぞれ点対称である。
【００２８】
本形態の支持体とすることにより、導電体と絶縁性基板との熱膨張率差に基づく応力は、導電体が配置された絶縁性基板上の各方位において均等になると考えられる。そのため、反りによる基板の変形が支持体全体として低減され、気密封止による気密性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。なお、本発明の効果は、支持体に封止部材を実装して、半導体素子を封止部材にて気密封止するときに限定されることはない。すなわち、反りによる基板の変形が支持体全体として低減されるため、半導体素子や半導体素子を搭載する補助的な支持部材（例えば、サブマウントなど）を実装するときの実装精度を向上させることもできる。
【００２９】
本形態の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂと、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂとは、それらの配置パターンの外縁が所定の間隔を空けて形成されている。すなわち、支持体の主面を平面視して、第一導電体の領域１０１ａと、第一導電体の領域１０１ｂとは、支持体の中央で絶縁性基板が露出されてなる絶縁部が設けられることにより分離されており、一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、上記絶縁部を挟んで側方に配置されている。なお、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、封止部材を配置する所定の位置（例えば、図４に示される点線円内）における基板の平坦性が得られれば、本形態の如く絶縁部を挟んだ一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂとして配置される必要はなく、それらのうち少なくとも一方が絶縁部の側方を横断して配置されていればよい。
【００３０】
これにより、一対の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂが配置された方向に、導電体と絶縁性基板との熱膨張率差の急激な変化が緩和されるため、絶縁性基板の反りを低減させることができる。
【００３１】
つまり、導電体と絶縁性基板との熱膨張率差に基づいて、絶縁部と、第一導電体が配置された領域とで働く応力の大きさの違いにより、反りが発生すると考えられる。しかし、本形態の支持体の如く、絶縁部の側方に配置された導電体により、導電体と絶縁性基板との熱膨張率差は、一対の第一の導電体が配置された主面において、各領域ごとに略均等になると考えられる。そのため、基板に働く応力の不均一性は、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂを経由する一対の第一の導電体が配置された方向に緩和され、基板の反りが抑制された気密性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００３２】
また、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、一対の第一導電体１０１ａ、１０１ｂから絶縁されているとともに、その一部が第一導電体の領域１０１ａと、第一導電体の領域１０１ｂとの間に入り込んでいてもよい。これにより、絶縁性基板が導電体により被覆される面積が多くなる。そのため、基板に働く応力の不均一性がより一層緩和されるため、絶縁性基板の反りを更に低減させることができる。
【００３３】
また、一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、絶縁性基板の長手方向に延伸された短冊形状であることが好ましい。例えば、図示されるように、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂを平面視して、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、上記第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂを両脇から挟むように設けられている。さらに、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、各導電体が配置された主面の矩形の長手方向に隅部まで延伸して絶縁性基板に配置されている。これにより、絶縁性基板の長手方向に生じる反りを抑制することができる。なお、本明細書中において、支持体の「主面」とは、板状の基板の外形を形成する複数の面のうち、面積が最も大きい面であり、半導体素子が搭載される側の面である。
【００３４】
上記絶縁性基板は、その中央部に配置された第三導電体の領域１０３を備えており、上記第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂは、上記中央部の側に延伸されて上記第三導電体の領域１０３の一部を包囲する延伸部１０１ｃを有することが好ましい。ここで、第三導電体の領域１０３は、第一導電体および第二導電体の領域から絶縁分離されて配置されている。なお、図示される本形態の絶縁分離は、各導電体の領域の外縁がそれぞれ所定の間隔を置いて形成されているものであるが、これに限定されることなく、短絡を発生させないことを条件に、それらの一部で繋がっていてもよい。一つの導電体領域の外縁と、別の導電体領域の外縁との間に設けられた間隔は、各導電体の領域について、各方位において略同じであることが好ましい。このように各導電体を分離させて形成することにより、支持体の反りを低減させることができる。さらに、上記第一導電体の領域が上記延伸部を有することにより、絶縁性基板の表面を導電体が被覆する領域を広くすることができるため、支持体の反りを低減させることができる。
【００３５】
上記第二導電体は、上記第一導電体に含有される金属材料の少なくとも一種を含むことが好ましい。さらに、第一から第三導電体のそれぞれが同じ金属材料の少なくとも一種を含むことが好ましい。これにより、導電体と絶縁性基板の熱膨張率の差が各方位にて均等になり、基板の反りが低減される。例えば、セラミックスを絶縁性基板の材料とするとき、セラミックス基板に施される導体配線の材料として好適に利用させるタングステン、モリブデン、チタンなどとすることができる。また、未焼成セラミックスのシートに第一導電体を導体配線として配置させる工程と同じ工程で、上記第二導電体も同時に配置させることができる。そのため、量産性よく本形態の支持体を形成させることができる。さらに、第一導電体と、第二導電体とを絶縁性基板の同じ平面に配置させることにより、印刷などの方法により、作業性よく各導電体を配置することができる。
【００３６】
図４から図６まで順に示されるように、本形態の支持体は、絶縁性基板の主面に、各導電体と、それらの導電体を被覆する絶縁性部材と、導電性の鍔部を備えた封止部材を配置させるための導電性の板材と、を順に積層させることにより形成される。
【００３７】
図５に示されるように、第一導電体および第二導電体は、絶縁性部材１０５により連続して被覆されていることが好ましい。絶縁性部材１０５の材料として、例えば、二酸化珪素、窒化アルミニウムなどを選択することができる。これにより、支持体の反りを低減させる効果を向上させることができる。支持体の主面において絶縁性部材により被覆される領域のうち、各導電体の領域の面積が８０％から９０％であることが好ましい。これにより、絶縁性部材により被覆される領域の平坦性を向上させることができる。
【００３８】
本形態における支持体を備えた半導体装置は、図６に示されるように、半導体素子が搭載される側に、導電性の鍔部を有する封止部材１１２を配置するための板材１０６を備える。ここで、板材１０６は、上記第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂまたは上記第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂの少なくとも一部を含む領域の上に配置される。図１および図２に示されるように、この板材１０６の導電性の部位に、封止部材の鍔部１０８が溶接される。図１２は、本形態の封止部材１１２の鍔部１０８における部分的な断面の拡大図を示す。図１２に示されるように、封止部材１１２は、溶接のための電極端子が当接される部位に、電極端子からの圧力を和らげるための緩衝部１０８ｂを有することが好ましい。この緩衝部１０８ｂは、板材あるいは支持体の主面の方向に弾性を有する形状を備えている。これにより、溶接用の電極端子により封止部材に嵌め込まれた透光部（特に、ガラスを材料とする透光部）へ応力がかかることを回避することができる。また、封止部材自体に緩衝部を設ける、すなわち鍔部の所定の部位を緩衝部とすることにより、封止部材と支持体との間に緩衝材を介する必要がなくなるため、気密性の高い半導体装置とすることができる。
【００３９】
封止部材の鍔部と導電性の板材との接合は、溶接によるものだけでなく、接合材が介されてなされていることが好ましい。このような接合材として、例えば、ＡｕやＡｇからなる鑞材、半田あるいは共晶材（例えば、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ）を挙げることができる。これにより、封止部材を板材に強固に接合させることができる。なお、本形態における封止部材と板材との接合方法として、主に抵抗溶接について説明するがこれに限定されない。
【００４０】
＜半導体装置の形成方法＞
以下、図面を参照しながら本形態にかかる半導体装置の形成方法について説明する。図１は、本形態の方法により形成された半導体装置の模式的な斜視図を示す。図２は、本形態の方法により形成された半導体装置の模式的な上面図を示す。図３は、半導体装置の模式的な断面図を示す。さらに、図４から図６は、本形態の支持体の形成方法について、各導電体や絶縁性部材を順に配置していく各工程を示す模式的な上面図である。
【００４１】
本発明の半導体装置の形成方法は、絶縁性基板と、その絶縁性基板に配置された導電体と、を備えた支持体と、その支持体に配置された半導体素子を覆い、導電性の鍔部を有する封止部材と、を具備した半導体装置の形成方法である。特に、本発明の半導体装置の形成方法は、少なくとも以下の工程（１）から（３）を有することを特徴とする。これにより、基板と封止部材とで半導体素子が気密封止された半導体装置について、気密性に優れた半導体装置を形成することができる。
【００４２】
（１）第一導電体を配置する工程
本形態の形成方法にかかる第一の工程は、平面視にて互いに対称な領域形状１０１ａ、１０１ｂを有する一対の第一導電体を、絶縁性基板に配置する工程である。言い換えれば、絶縁性基板上で、平面視して互いに対称な一対の領域に、第一導電体を配置する工程である。
【００４３】
本形態の形成方法にかかる第一の工程は、例えば、スパッタリング、蒸着、スクリーン印刷あるいは鍍金などの方法により金属材料を絶縁性基板に直接配置する他、第一導電体である板材を絶縁性基板に接合することにより第一導電体を絶縁性基板に配置することができる。
【００４４】
（２）第二導電体を配置する工程
本形態の形成方法にかかる第二の工程は、上記平面視にて上記第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの対称軸に対して互いに対称な領域形状１０２ａ、１０２ｂを有する一対の第二導電体を、上記絶縁性基板に配置する工程である。言い換えれば、絶縁性基板上を平面視して、第一導電体が配置される領域形状の対称軸に対して、互いに対称となる一対の領域に、第二導電体を配置する工程である。
【００４５】
第二導電体は、第一導電体と同様の形成方法により、絶縁性基板に配置することができる。なお、上記第一の工程および第二の工程は、別工程として行ってもよいし、同一工程として行ってもよい。また、第一の工程と、第二の工程の順序は問わない。
【００４６】
（３）封止部材を溶接する工程
本形態の形成方法にかかる第三の工程は、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂまたは第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂの少なくとも一部を含む領域上に、封止部材の鍔部を溶接する工程である。例えば、図２、図４および図５に示されるように、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの延伸部１０１ｃと、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの両脇に配置された第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂの一部を含む領域（図４に示される点線の円内）上に、絶縁性材料を介して環状の金属平板を配置する。さらに、その金属平板上に封止部材の鍔部を溶接して固定することにより、半導体素子が気密封止される。
【００４７】
図１１は、本形態における封止部材の断面図であり、図１２は、封止部材の部分的な断面図を示す。図１２に示されるように、上記封止部材の鍔部は、上記絶縁性基板に対して弾性を有する緩衝部を有することが好ましい。緩衝部を有することにより、封止部材に損傷を与えることなく、溶接用の電極を導電性の鍔部に当接させることができる。
【００４８】
図１３は、本形態における支持体として個片化する前の集合基板１１６の斜視図を示す。集合基板１１６には、個々の支持体１００における各導電体の領域に対応する位置に、第一導電体および第二導電体がそれぞれ連続して配置されている。図１３に示されるように、本形態の形成方法は、集合基板１１６に配置させた第二導電体の領域を含む部位を分割線１１７として個片化することにより、支持体１００を形成させる工程を有することが好ましい。この集合基板１１６を分割線１１７で個片化することにより、外形の縁部に第二導電体が配置された支持体１００を得ることができる。そのため、図４に示されるような第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの両脇に第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂを有する支持体１００を量産性よく形成することができる。さらに、集合基板１１６を分割し易くするため、分割線１１７は、スリットあるいは溝の形状により集合基板１１６に対して予め形成されていてもよい。
【００４９】
また、図１３に示されるように、本形態の形成方法は、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂおよび第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂを、絶縁性部材１０５により連続して被覆する工程と、その絶縁性部材１０５を含む部位を分割線１１７として個片化することにより、支持体１００を形成させる工程をさらに有していてもよい。これにより、導電体を絶縁性基板から剥離させることなく支持体を形成することができる。
【００５０】
支持体として個片化する工程と、封止部材を溶接する工程の順序は問わない。すなわち、支持体として個片化する前に封止部材を溶接してもよいし、個片化された支持体に封止部材を溶接してもよい。以下、本形態の半導体装置を構成する各部材について詳述する。
【００５１】
［支持体］
本形態における支持体とは、半導体素子、サブマウントあるいは封止部材が載置される部材である。さらに、支持体は、載置された半導体素子と電気的に接続する電極と、その電極から絶縁された導電性の板材を所定の位置に保持し、それらを電気的に絶縁分離する絶縁性部材と、を備える部材である。
【００５２】
図４に示されるように、本形態における支持体は、絶縁性の基板に、導体配線とされる第一導電体と、その第一導電体のパターンに対して互いに対称となるような位置に、一対の第二導電体と、を配置させたものである。さらに、これらの導電体に、図５に示される絶縁性部材１０５と、第四導電体と、図６に示される環状の板材１０６とを順に積層させ、接合することにより支持体１００とする。
【００５３】
支持体１００における絶縁性基板の材料としては、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスを挙げることができる。特に、セラミックスを支持体の材料とすることにより、耐熱性の高い半導体装置とすることができる。また、封止部材の材料と膨張係数の等しい材料を選択することにより、封止部材が支持体から剥離することなく、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００５４】
絶縁性基板の材料とするセラミックスは、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトあるいは窒化ケイ素などが好ましい。特に、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板などが挙げられる。
【００５５】
セラミックス材料と、有機バインダーを混合して得られる材料をシート状に成型して得られるセラミックスグリーンシートを積層させて焼成することにより、支持基板とすることもできる。このような支持基板に配される導体配線は、未焼成のセラミックスグリーンシートの段階で、タングステンのような高融点金属を含む導体ペーストを所定のパターンに塗布したものを焼成することにより得ることができる。さらに、タングステンにニッケル、金あるいは銀を順に鍍金することにより、最表面に銀が配され、光反射率を向上させることができる。
【００５６】
このようなセラミックスを材料とする絶縁性基板同士あるいは導電性の板材との接合材として、ＡｕとＡｇとからなる鑞材、あるいは共晶半田（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ）を挙げることができる。
【００５７】
半導体素子あるいは半導体素子がフリップチップ実装されたサブマウントは、接着材により支持体に固定される。この接着材の材料は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂あるいはイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ＡｕとＡｇとからなる鑞材、あるいは共晶半田（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｓｎ、Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ）を挙げることができる。また、接着材として、金属粒子を含有する導電性ペースト、例えば、Ａｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、Ａｕバンプなどを好適に選択することができる。このような導電性ペーストを接着材とすることにより、半導体素子を固定させると共に支持体内の電極と電気的に接続させることができる。また、共晶半田や導電性ペーストを接着材とすることにより、半導体素子やサブマウントからの放熱性を向上させることができる。
【００５８】
［板材］
本形態における板材とは、支持体に配される電極から絶縁されて支持体に配され、封止部材の鍔部を配するための主面を有する導電性の板状部材である。ここで、封止部材の鍔部が配される板材の主面は、少なくとも封止部材の鍔部の全体が収まるような大きさとされる。
【００５９】
板材は、絶縁性の板材の表面に金属材料を配置したものや、板材自体の材料を金属とすることができる。このようなフレームの材質は、一般的に鉄系または銅系の合金が好ましい。また、フレームの表面は、ニッケル、銀あるいは金から選択された少なくとも一種の金属が配置されていることが好ましい。このような金属で板材を被覆することにより、半導体発光素子からの光に対する反射率が向上するため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、板材に封止部材を抵抗溶接するとき、上記金属メッキを施した板材の接点において、高いジュール熱を発生させ、良好な抵抗溶接をすることができる。
【００６０】
封止部材が配される板材は、封止部材の鍔部と嵌合することができる形状を有することが好ましい。例えば、板材は、封止部材の鍔部が配される位置に、その環状の鍔部に対応する環状の溝を有することが好ましい。これにより、半導体装置を形成する工程において、支持体に対して封止部材が整合性よく位置決めされるからである。
【００６１】
封止部材の鍔部および導電性の板材が接触する部位について、封止部材の鍔部あるいは導電性の板材の少なくとも一方は、凸部が形成されていることが好ましい。例えば、環状の鍔部を有する封止部材とするとき、その鍔部の径に対応した環状の凸部を板材の円周に沿って形成しておくことが好ましい。これにより、板材に封止部材を抵抗溶接するとき、上記凸部の接点において、高いジュール熱を発生させ、良好な抵抗溶接をすることができる。
【００６２】
本形態にかかる板材の材料は、コバール、鉄、ステンレス、アルミニウムあるいはそれらを含む合金とすることが好ましい。ここで、コバールとは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である。また、板材の最表面に表出される材料は、封止部材の鍔部の最表面に表出される材料と同じ材料を選択することにより、接合強度が向上するため、良好な気密封止をすることができる。さらに、板材は、少なくとも封止部材の鍔部と接触する部分において、同種の金属材料が鍍金やスパッタリングなど種々の方法により配されていることが好ましい。例えば、封止部材の鍔部の最表面に銀が配されているとき、板材の最表面は、銀が配されていることが好ましい。これにより、鍔部と板材とが強固に接合され、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００６３】
［封止部材］
本形態における封止部材とは、半導体素子や導電性ワイヤなどを外部環境から保護するため、それらの部材を覆うように支持体に配置される部材である。半導体発光素子や受光素子においては、半導体素子の光学特性を考慮して、凹面、凸面、球面状、楕円面、放物面あるいはそれらを組み合わせた形状など種々の光学形状を有することもできる。
【００６４】
図１１は、本形態における封止部材の断面図であり、図１２は、封止部材の部分的な断面図を示す。本形態における封止部材は、図１１に示されるように、半導体素子を覆う透光部１０７と、その透光部１０７を保持し導電性の板材に接合される導電性の鍔部１０８とを有する。ここで、透光部１０７は、半導体装置の上面側に凸であり、半導体素子の側に凹状の空洞を有し、発光素子からの光あるいは受光素子への光を透過させる。このように半導体素子の側に凹状の空洞を有することにより、封止部材と支持体とから形成される中空部にて半導体素子を気密封止することができる。また、この中空部は、窒素、ヘリウムあるいはアルゴンから選択された少なくとも一種の不活性ガスが封入されることが好ましい。これにより、半導体素子や波長変換部材の劣化を抑制することができる。
【００６５】
本形態の如く、中空部を気密封止にして発光素子を収容することにより、光源の大きさを比較的小さくすることができる。すなわち、仮に、中空部が透光性材料により充填されれば、レンズ効果により、発光素子からなる光源が大きくなってしまう。一方、本形態の発光装置においては、発光素子を中空部に収容することにより、光源を比較的小さくすることができるため、単位面積当たりの光の明るさを大きくすることができる。
【００６６】
また、本形態の如く、中空部を気密封止とすることにより、発光装置の信頼性を向上させることができる。すなわち、例えば、中空部が樹脂のような透光性部材にて充填されていれば、中空部に収容された導電性ワイヤは、透光性部材からの熱応力により断線してしまうことがある。しかし、本形態の中空部は、気密封止とすることにより、導電性ワイヤへ熱応力を与える部材を排除している。そのため、本形態の発光装置は、導電性ワイヤの断線を生じさせることなく、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００６７】
封止部材は、例えば、図１２に示されるように、鍔部１０８に緩衝部１０８ｂを有していることが好ましい。鍔部１０８に溶接のための電極端子が当接されたとき、電極端子の衝撃を緩衝部１０８ｂにて和らげることができるからである。この緩衝部１０８ｂは、支持体の絶縁性基板に垂直な方向に弾性を有する形状としたものである。例えば、鍔部１０８を折り曲げて弾性力を付与したり、鍔部１０８を外側に湾曲させたり、さらに溝や凹凸形状により設けることができる。図１２に示される鍔部１０８は、支持体に配置された板材３０２に対面される下面と、その下面の反対側に設けられる上面とを有する。本形態における緩衝部１０８ｂは、図１２に示されるように、鍔部１０８の上面および下面の両面側から対向して円周方向に連続して掘られた、断面がＶの字状の溝により設けられたものである。
【００６８】
（鍔部）
鍔部は、金属材料からなる環状の部材であり、その環内に透光部の縁部が固定されている。なお、ガラスを材料とする透光部は、その縁部が鍔部に溶着されることにより固定されている。鍔部の材料は、コバール、鉄、ステンレス、アルミニウム合金などが好ましい。ここで、コバールは、上述の低融点ガラスと近似の熱膨張率を有するため、半導体素子の気密封止を良好に行うことができる。また、鍔部は、少なくとも板材と接触する部位に、板材の最表面に配置された金属と同種の金属（例えば、ニッケル、銀あるいは金から選択された少なくとも一種の金属）が鍍金やスパッタリングなど種々の方法により配されていることが好ましい。例えば、板材の最表面が銀であるとき、鍔部の最表面にも銀が配されていることが好ましい。これにより、鍔部と板材とが強固に接合される。また、鍔部および板材は、その表面のうち、少なくともそれらが互いに溶接される部位がニッケル、銀あるいは金などの金属にて被覆されていることが好ましい。これにより、鍔部および板材を溶接する工程まで、被覆されるほうの金属（鍔部および板材の主材料）の表面を酸化などの化学的変化から保護することができる。そのため、金属表面の酸化などにより接合の強度が低下することなく、鍔部と板材とが溶接により強固に接合される。
【００６９】
（透光部）
本形態における透光部は、半導体素子側に凹状の空洞を形成させる内壁面と、その反対側に設けられる凸状の外壁面と、を有する。透光部の材料は、ソーダガラス、シリカガラス、ホウ珪酸塩ガラス、アルミノホウ珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラスなどの低融点ガラスから選択された少なくとも一種を含む透光性無機材料にて形成させる。このような材料を選択することにより、発光素子からの高出力な光により劣化することなく、耐光性の高い半導体装置とすることができる。また、透光部の材料は、支持体の材料と線膨張係数の等しい材料を選択することにより、気密性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００７０】
透光部１０７の外壁面は、発光装置１００の発光観測面ともなる。そのため、発光装置の光学特性を考慮して、透光部１０７の外壁面の形状は、図１に示される透光部１０７の形状に限定されることなく、種々の形状から選択することもできる。例えば、図１５乃至図１８に示される発光装置３００、４００、５００、６００は、図１に示される発光装置１００の透光部１０７の形状を変更させた半導体装置の変形例を示す斜視図である。
【００７１】
図１５に示される透光部３０１の外壁面は、発光装置３００の支持体１００の側から、円錐台の側面３０１ａと、その円錐台の天面として形成された逆円錐形の凹面３０１ｂと、を有する。ここで、逆円錐形の凹面３０１ｂの頂点は、光源の発光中心に向けられている。これにより、透光部の外壁面から出射される光は、側面３０１ａにより集光され、さらに凹面３０１ｂにより反射されて、発光装置３００の支持体１００の主面に平行な方向にも広がる配光特性を有することができる。
【００７２】
図１６に示される透光部４０１の外壁面は、発光装置４００の支持体１００の側から、所定の扁平率を有する半球面４０１ａと、その頂部に形成された所定の扁平率を有する半球状の凹面４０１ｂと、を有する。これにより、透光部４０１に入射された光は、半球面４０１ａにより集光され、さらに凹面４０１ｂにより反射されて透光部４０１から出射される。これにより、発光装置４００は、その支持体１００の主面に平行な方向にも広がる配光特性を有することができる。
【００７３】
図１７に示される透光部５０１の外壁面は、発光装置５００の支持体１００の側から、半球面５０１ａと、その頂部に形成された円柱の側面５０１ｂと、その円柱の天面として形成された逆紡錘形状の凹面５０１ｃと、を有する。これにより、透光部５０１に入射された光は、半球面５０１ａおよび側面５０１ｂにより集光され、さらに凹面５０１ｃにより反射されて透光部５０１の外壁面から出射される。これにより、発光装置５００は、その支持体１００の主面に平行な方向にも広がる配光特性を有することができる。
【００７４】
図１８に示される透光部６０１の外壁面は、円柱の側面６０１ａおよび上面６０１ｂを有する。ここで、円柱の側面６０１ａは、支持体１００の主面に垂直であり、上面６０１ｂは、支持体の主面に平行な平面である。例えば、上面６０１ｂは、発光装置６００とは別に設けられる透光性部材（図示せず）の光入射面に当接させることにより、発光装置から透光性部材への光の入光効率を高めることができる。
【００７５】
（封止部材の形成方法）
図７から図１１は、本形態の封止部材１１２の形成方法について、各工程を示す断面図である。以下、図７から図１１を参照しながら本形態における封止部材１１２の形成方法について詳述する。なお、以下に説明する形成方法は、本形態における封止部材１１２の形成方法の一例であり、本形態の封止部材１１２の形成方法が以下に説明する形成方法に限定されないことは言うまでもない。
【００７６】
まず、図７に示されるように、環状の鍔部１０８の環内に平板状に成型された透光部の材料１１０を第一の型１０９の開口部に配置する。ここで、透光部の材料１１０は、鍔部の接触部１０８ａを被覆している。また、環状の鍔部１０８は、その外側の縁が第一の型１０９の凹部の開口部に設けられた段差に引っ掛かるようにして配置される。第一の型１０９の凹部の内壁面は、透光部の外壁面を成型するための所定の形状とさせてある。例えば、凹レンズ形状、凸レンズ形状あるいは、それらの形状を組み合わせた形状とすることができる。また、環状の鍔部１０８は、透光部の縁部と直に接触することとなる接触部１０８ａにおいて、その断面が階段状に折り曲げられた形状とさせてある。なお、この接触部１０８ａは、環の内側に向けて形成されていることが好ましい。これにより、封止部材１１２における透光部１０７の縁部と鍔部の接触部１０８ａとの接触面積が大きくなり、鍔部と透光部は、より強固に固定される。
【００７７】
次に、図８に示されるように、第二の型１１１の凸部を透光部の材料１１０に圧し当て、透光部の材料１１０が軟化する温度のもとで、透光部の材料１１０を第二の型１１１にて加圧する。ここで、第二の型１１１の凸部外壁面は、透光部１０７の内壁面を成型するための所定の形状とさせてある。また、透光部の材料１１０は、第二の型１１１の自重により所定の位置まで加圧される。これにより、図９に示されるように、透光部の材料１１０は、第一の型１０９の凹部内壁面と第二の型１１１の凸部外壁面とによって形成された隙間を第一の型１０９の凹部底部まで延在される。なお、第一の型１０９の凹部内壁面と第二の型１１１の凸部外壁面とによって形成された隙間は、透光部１０７の厚みに相当する所定の間隔とさせてある。第一の型１０９および第二の型１１１の材料は、例えば、ガラスを透光部として成型する場合、カーボンとすることが好ましい。成型された透光部の外壁面および内壁面の表面状態を良好にすることができるからである。
【００７８】
軟化された透光部の材料１１０を硬化させることにより透光部とするとともに、透光部と鍔部とを互いに固定させて封止部材１１２とする。さらに、図１０に示されるように、硬化された透光部および鍔部を型から取り出して、加熱や洗浄などにより透光部の透光性を高めた封止部材１１２（図１１に示す。）とする。さらに、鍔部１０８の表面を保護するため、その表面を金属にて被覆する。このように、鍔部の被覆は、透光部１０７を鍔部１０８に固定させた後に行うことが好ましい。これは、接触部１０８ａが外部環境に対して保護膜となる金属に被覆されていないほうが透光部と鍔部との密着性を向上させることができるからである。例えば、ガラスと、コバールからなる鍔部の接触部との密着性は、コバールの表面が他の金属材料に被覆されることなく露出され、寧ろ酸化されているほうが高まるからである。
【００７９】
［半導体素子］
本形態における半導体素子は、発光素子、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを二種以上組み合わせたものとすることができる。ここでは、半導体素子の一例として、発光素子（ＬＥＤチップ）について説明する。ＬＥＤチップを構成する半導体発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
【００８０】
半導体素子は、その電極がバンプと呼ばれる導電性材料を介して支持体の電極に電気的および機械的に接続することができる他、サブマウントと呼ばれる補助的な支持部材に電気的および機械的に接続させることができる。
【００８１】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００８２】
図１は、本実施例における発光装置の模式的な斜視図を示す。図２は、本実施例における発光装置の模式的な上面図を示す。図３は、本実施例における発光装置の模式的な断面図を示す。さらに、図１３は、支持体１００の集合体であるセラミックス基板１１６の模式的な斜視図である。なお、図１から図３は、所定の発光装置の大きさに対応させて、支持体の集合体であるセラミックス基板１１６を個片化した状態を示す。
【００８３】
（半導体装置）
図１から図３に示されるように、本実施例における半導体装置は、半導体素子と、正負一対の電極とするための導電体が配置された絶縁性基板１００ａを有する支持体１００と、その支持体１００に配置された半導体素子を覆うカバーである封止部材１１２と、を備えた半導体装置である。
【００８４】
図４に示されるように、本実施例における支持体１００は、平面視にて矩形の形状を有する絶縁性基板１００ａと、その絶縁性基板１００ａの長手方向（以下、絶縁性基板１００ａ主面の長手方向を「Ｙ軸方向」とし、短手方向を「Ｘ軸方向」とする。）に順に配列された一対の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂと、その第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂから分離して矩形の長手方向に沿って絶縁性基板１００ａに配置された一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂと、を備えている。ここで、本形態における一対の第一導電体は、支持体１００の中央で、第一導電体の領域１０１ａと、第一導電体の領域１０１ｂとに分離して配置されており、正負一対の導体配線として半導体素子と半導体装置の外部の電極とを電気的に接続する。なお、支持体１００の中央で、第一導電体の領域１０１ａと、第一導電体の領域１０１ｂとが分離されたＸ軸方向に延びる領域は、絶縁性基板１００ａが導電体から露出された絶縁部とされている。つまり、本実施例における絶縁部は、第一導電体の領域１０１ａの外縁と、それと向かい合う第一導電体の領域１０１ｂの外縁とにより画定された絶縁性基板１００ａの露出領域である。さらに、絶縁部の一部は、支持体の中央から、±Ｘ軸方向にそれぞれ延伸して配置されている。さらに、一対の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂは、平面視にて、互いに対称なコの字の形状として配置されている。また、上記一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、同じ平面視にて、一対の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂを挟んで設けられる領域であり、絶縁性基板の長手方向に延伸され、一対の第一導電体の領域に対して互いに対称な短冊状の形状として配置されている。さらに、上記一対の第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、第一導電体の領域１０１ａと、第一導電体の領域１０１ｂと、上記絶縁部の横を通過して絶縁性基板の長手方向に、支持体主面の隅部まで延伸されている。
【００８５】
本実施例の支持体は、第一および第二導電体が配置される主面の中央部に、第三導電体の領域１０３を備えており、上記第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂは、上記中央部の側に延伸されて上記第三導電体の領域１０３の一部を包囲する延伸部１０１ｃを有する。言い換えれば、第三導電体１０３は、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの形状であるコの字の内側に配置させている。また、上記第一導電体の領域１０１ａおよび１０１ｂ並びに上記第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ第三導電体の領域１０３に対して互いに対称な形状を有する。さらに、第一導電体１０１ａに接続する第一延伸部と、第一導電体１０１ｂに接続する第二延伸部とは、それらの延伸部の先端が所定の間隔を空けて対向して離間するように配置されている。したがって、第三導電体の領域１０３は、上記延伸部の先端により絶縁性基板が露出された分離部を除いて、その外縁の四方を一対の第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂにより包囲されている。さらに、上記第一導電体および上記第二導電体は、絶縁性部材１０５により連続して被覆されている。
【００８６】
（支持体の形成）
まず、本実施例の支持体について詳細に説明する。図４から図６は、本実施例の支持体を形成する各工程について、それぞれ順を追って示す模式的な上面図である。本実施例の支持体は、図４から図６まで順に示されるように、絶縁性基板に対して、各導電体と、絶縁性部材と、環状の板材とを順に積層させることにより形成させる。さらに、図１３は、支持体の集合体であるセラミックス基板１１６の模式的な斜視図である。
【００８７】
本実施例における絶縁性基板は、窒化アルミニウムを材料とするセラミックス基板であり、第一導電体として、図４に示されるような正負一対の導体配線を支持体の中心部に対して対称となるような形状で形成する。さらに、その第一導電体が配置されたパターンの両脇に、第一導電体のパターンに対して互いに対称となるように、導体配線から絶縁分離された一対の短冊（ストライプ）状に第二導電体を配置させる。
【００８８】
各導電体についてより詳細に説明すると、厚さ１．０ｍｍの窒化アルミニウムの基板に、第一、第二導電体として、タングステンの下地層（厚さ１０μｍ）に、ＮｉＢ（１μｍ）／ＮｉＰ（２μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）を順に積層させる。これらの材料により、窒化アルミニウムの板材から各導電体が剥離することがなくなる。なお、本実施例において、第一乃至第四導電体を配置する形成方法は、蒸着、スパッタリング、鍍金あるいは印刷など、種々の形成方法から選択することができる。
【００８９】
さらに、導体配線およびストライプ状の導電体を連続して被覆する絶縁性部材１０５として、図５および図１３に示されるようなパターンに、窒化アルミニウムの薄膜（厚さ３０μｍ）を配置させる。図１３は、支持体の集合体であるセラミックス基板１１６を示す。本実施例の支持体は、このセラミックス基板１１６を分割ライン１１７に沿ってダイシングして分割することにより形成する。なお、分割ライン１１７は、セラミックス基板１１６の主面の縦方向と横方向に格子状に設定されており、図１３において点線で示す。
【００９０】
図１３に示した個片化する前のセラミックス基板１１６の状態では、この絶縁性部材１０５は、導電性ワイヤや電極１０４ａ、１０４ｂとして露出される領域および第三導電体の領域を除いて、セラミックス基板１１６に連続して形成されていたものである。このように、導体配線とされる第一導電体およびストライプ状の第二導電体を被覆する絶縁性部材１０５を形成させることにより、支持体の反りを低減させることができる。
【００９１】
本実施例の電極１０４ａ、１０４ｂの外縁は、その電極と電気的に絶縁すべき各導電体の配置パターンの外縁から最少で７ｍｍの間隔を空けて配置されている。これにより、電極１０４ａ、１０４ｂと、封止部材が配置される導電性の板材１０６と、の短絡を抑制する小型化された半導体装置とすることができる。
【００９２】
図５に示されるように、本実施例の支持体は、絶縁性部材１０５として配置された窒化アルミニウムの薄膜（厚さ３０μｍ）に、タングステン（厚さ２０μｍ）／ＮｉＢ（１μｍ）／ＮｉＰ（２μｍ）を順に第四導電体として配置させる。ここで、図４および図５に示されるように、第四導電体は、絶縁性部材１０５を介して、その形状が環状の板材１０６の形状に対応された環状であり、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの延伸部１０１ｃと、第二導電体の領域１０２ａ、１０２ｂの一部とを含む領域の上に、図４に点線で示される円周に沿って設けられる。また、支持体を平面視して、絶縁性部材１０５、第四導電体の環内および環状の板材１０６の開口部内に、第一導電体の領域１０１ａ、１０１ｂの延伸部１０１ｃと、上記第三導電体の領域１０３が配置される。また、第四導電体の領域は、抵抗溶接用の電極端子が電気的に接続しやすいように、環状の外縁の一部から外側に突出した領域を有する。さらに、コバールを材料とする環状の板材（厚さ１５０μｍ）１０６を、銀および銅を含む鑞材（厚さ３０μｍ）により、上記第四導電体に接合する。このように、ＮｉＰを介して鑞材を配置することにより、鑞材との密着性が向上するため、鑞材の剥離を抑制することができる。また、ＮｉＢを介してＮｉＰを積層させることにより、板材の接合温度によるＮｉＰの劣化が抑制されるため、板材の接合の強度を向上させることができる。
【００９３】
本実施例における支持体の反り量の目安として、封止部材の溶接面における高低差を測定すると、約８μｍとなる。比較例として第二導電体が無い支持体を形成させ、封止部材の溶接面における高低差を測定すると、約１５μｍとなり、本実施例による支持体は反りが低減されている。
【００９４】
（サブマウントの形成）
発光素子がフリップチップ実装されるサブマウント１０５は、窒化アルミニウムを材料とする板材に導体配線が形成されている。本実施例におけるサブマウントは、第一導電体および第二導電体から分離されて、これらの導電体と同じ材料にて形成された第三導電体の領域に、共晶材を介して配置される。この第三導電体は、スクリーン印刷により配置されることが好ましい。第三導電体は、スクリーンの編み目状メッシュにより格子状に溝を有して配置される。これにより、サブマウントと第三導電体との間に気泡が生じても、その気泡は分散するため、サブマウントと支持体との固着力を向上させることができる。
【００９５】
サブマウント１０５の導体配線は、上記板材の表面側から順に、チタン（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）がスパッタリングにより積層されている。この導体配線の層厚は、約０．１μｍである。これらの金属材料により、窒化アルミニウムの板材から導体配線が剥離することがなくなるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。さらに、他の金属と比較して硬質なチタン（Ｔｉ）がサブマウントに配されていることにより、サブマウントの割れや亀裂の発生を防ぐことができる。
【００９６】
本実施例における発光素子は、ＬＥＤチップである。本実施例における発光装置において、複数のＬＥＤチップが同一のサブマウントにフリップチップ実装される。すなわち、本実施例の発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極が金バンプを介して上記導体配線に対向され、荷重、超音波および熱を加えられ、導体配線に溶着されることにより、電気的および機械的に接続されている。さらに、サブマウントは、支持体の絶縁性部材から露出された第三導電体の上に、Ａｕ−Ｓｎ共晶材により固定される。なお、発光素子あるいはサブマウントの実装位置については、発光装置の直上から見て、発光素子が透光部の略中央に位置するように、サブマウントに対する発光素子の位置、または支持体の主面に対するサブマウントの位置が調整される。さらに、それらのＬＥＤチップは、蛍光物質を含有する波長変換部材にて被覆されている。
【００９７】
（波長変換部材の形成）
波長変換部材に含有させる蛍光物質は、中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質とする。波長変換部材の材料は、シリコーン樹脂に、上記蛍光物質を２０〜７５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行い、蛍光体と結着剤であるシリコーン樹脂との硬化性組成物とする。その硬化性組成物は、フリップチップ実装された半導体発光素子の発光観測方向となるサファイア基板面に対し、メタルマスクにより印刷される。さらに、その硬化性組成物を１５０℃、１ｈｒで硬化させることにより、ＬＥＤチップの側面および上面側を被覆し層厚が７０μｍから８０μｍの波長変換部材とする。
【００９８】
ＬＥＤチップの電極と接続されたサブマウント１１４の導体配線と、第一導電体により支持体に形成された導体配線とは、導電性ワイヤ（図示せず）を介して接続させる。また、サブマウント１１４を挟んだ反対側において、支持体の導体配線にツェナーダイオードを保護素子として配置させて電気的に接続する。
【００９９】
（封止部材）
上述した環状の板材１０６に封止部材１１２の鍔部１０８を配置させた後、封止部材１１２の鍔部１０８と、板材１０６とに電圧を印加する。ここで、電圧を印加するための電極端子は、鍔部１０８の緩衝部１０８ｂに当接される。これにより、封止部材１１２の透光部１０７に損傷を与えることなく、封止部材１１２の鍔部１０８と板材１０６とが抵抗溶接され、半導体素子が気密封止される。封止部材１１２は、ソーダガラスからなる透光性の透光部１０７と、その透光部１０７が嵌挿される鍔部１０８とを有する。透光部１０７の光出射面は、発光装置１００の上面方向に凸の半球面であり、発光素子１０２に対面する光入射面は、上記光出射面と曲率が略等しい凹の半球面である。鍔部１０８は、コバールからなる環状の部材であり、ソーダガラスからなる半球面レンズである透光部１０７の縁部が溶着されて固定されている。さらに、発光素子１０２は、封止部材と支持体の主面とから形成される中空部内にて、気密封止される。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明にかかる発光装置は、信頼性および耐熱性に優れ、高出力発光可能である。そのため、従来の電球や蛍光灯に代わる照明用光源、車両用灯具として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す模式的な斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例を示す模式的な上面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な上面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な上面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な上面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例の形成工程を示す模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例を模式的に示す部分的な断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の形成工程の一実施例を示す模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、従来の半導体装置を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の一変形例を示す模式的な斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の一変形例を示す模式的な斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明の一変形例を示す模式的な斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の一変形例を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１００・・・支持体、
１００ａ・・・絶縁性基板、
２００、３００、４００、５００、６００・・・半導体装置、
１０１ａ、１０１ｂ・・・第一導電体の領域、
１０１ｃ・・・第一導電体の領域の延伸部、
１０２ａ、１０２ｂ・・・第二導電体の領域、
１０３・・・第三導電体の領域、
１０４ａ、１０４ｂ・・・電極、
１０５・・・絶縁性部材、
１０６・・・導電性の板材
１０７、３０１、４０１、５０１、６０１・・・透光部、
１０８・・・鍔部、
１０８ａ・・・鍔部の接触部、
１０８ｂ・・・鍔部の緩衝部、
１０９・・・第一の型、
１１０・・・透光部の材料、
１１１・・・第二の型、
１１２・・・封止部材、
１１３・・・半導体素子、
１１４・・・サブマウント、
１１５・・・第四導電体の領域、
１１６・・・集合基板、
１１７・・・分割ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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